基于PXI總線的機動電子裝備通用測試平臺的設計與實現

項勇

【摘 要】目前，一些功能單一、通用性不強、測試平臺集成度低的故障檢測系統已經不能滿足現代機動電子裝備的應急搶修需求。為此，本文著重研究了機動電子裝備故障檢測的通用測試技術方案和實現平臺，給出了通用測試系統中總線型測試模塊（儀器）選用、測試接口適配處理等關鍵技術的解決途徑，以及為達到可移植性而采用的面向信號的測試軟件設計方案，實現了多種有線、無線裝備的通用性測試。

【關鍵詞】自動測試；PXI總線；通用性；ATS；TPS

一、引言

隨著科學的進步，機動電子裝備變得越來越復雜，需要測試的參數多，精度高，使得與之配套的自動測試系統（Automatic Testing System，ATS）變得越來越復雜，開發難度不斷增加，專用的測試儀器、測試系統已不能滿足需求，而且測試裝備數量多，建設、維護、保障的費用也非常昂貴，研究通用自動測試技術是必要的。

通用的自動測試系統的設計思想主要是采用模塊化開放式的通用結構，以綜合通用的測試設備代替單一功能的專用測試設備，實現資源共享；采用共同的測試策略，統一規劃測試系統設計，利用共同的硬件平臺及軟件平臺，從設計過程開始，就非常重視后續階段的系列測試平臺研制能夠利用前一階段的開發成果；采用較為成熟和先進的商用標準和技術，根據不同的測試要求，以核心測試系統為基礎方便進行擴展。自動測試系統通用平臺具有模塊化、開放性和可移植性的特點，可以最大程度地節約成本，使系列測試系統的開發更方便、快捷、成本更低。

二、機動電子裝備的特點及其通用測試需求

機動電子裝備種類多，包括各種類型傳感器、加固計算機、服務器、話音終端、顯示控制設備、網絡設備、交換控制設備、有線通信設備、無線通信設備等。裝備主要特點：

1.信號類型復雜

按照不同分類方式可分為模擬/數字信號，無線/有線信號，低頻/高頻信號，語音/圖像/數據信號，等等。

2.技術參數多

電子裝備功能性能參數多，隨著設備智能化的發展，可戰場測試的參數越來越多。

3.準確度要求高

電子裝備具有較高的測試精度需求，決定了測試設備具有更高的測試準確度，以保證測試結果與實際量值的準確一致。

4.實時化要求高

機動搶修要求自動化測試系統具有更實時的測試能力，包括實時測量、實時處理和實時傳輸數據的能力，形成高水平的綜合測試診斷能力，實現對測試對象的自動檢測、準確診斷和快速修復。

電子裝備的自動測試系統用于機動電子裝備的故障診斷和維修測試，是機動戰場搶修車的核心組成部分。通過對被測試的電子裝備進行信號特征分析，按照國際通用的測試硬件及軟件標準，采取模塊化設計思想，充分分析各類測試儀器、模塊的優勢，設計適應機動電子裝備通用自動測試系統。該通用測試系統是基本通用系統，可覆蓋多種被測電子裝備的信號類型，適配器適應能力強，基于通用的硬件平臺可很方便的完成測試程序開發。通用測試系統可重構，可擴充，可根據不同用戶的測試需求，快速地在硬件平臺上實現測試資源配置、接口適配器設計，測試程序可方便移植，以適應更多類型的電子裝備。

三、基于總線模塊（儀器）的通用硬件平臺設計

系統通用硬件平臺采用PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）總線技術、輔以GPIB （General Purpose Interface Bus）可擴展程控儀器組建智能測試平臺，設計一個開放式、模塊化的通用測試系統。

1.測試總線及測試模塊（儀器）

PXI總線是基于PCI總線在儀器領域的擴展。PXI總線符合工業標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發揮了PCI總線的全部優點，符合PXI總線標準的測試模塊信號類型豐富，是自動測試系統的高性能運載平臺，符合PXI總線的測試模塊類型豐富，方便集成。GPIB總線是一種數字式并行總線，屬外部總線范疇。主要用于連接測試儀器，可以非常便利的擴展各種類型的獨立設備，方便靈活，儀器還可獨立使用，但是總線速率較慢。針對被測設備參數類型的不同和各類總線的特點，從總體易用性和測試需求方面綜合考慮，采用PXI與GPIB的混合總線方式，利用兩種總線的優勢，提高測試平臺的通用性、配置靈活性。

2.接口適配

測試接口適配器（Interface Test Adapter，ITA）主要負責測試儀器和被測對象（Unit Under Test，UUT）之間測試信號的輸入和輸出，實現測試信號轉接和信號調理，是測試信號的一個轉接中樞。接口適配器的作用如圖1所示。

圖1：接口適配的作用示意圖

測試信號轉接利用硬件平臺中開關系統的不同組態，實現被測單元接口和測試資源間的連接與通道切換，節省測試資源，增強了系統的通用性。在設計中，采用多種開關拓撲結構組成的混合開關結構，將具有模塊化的各種開關資源靈活配置和級連，通過軟件完成各種組態和切換，實現測試資源端和被測資源端的任意兩路信號可以互達。

信號調理根據被測對象信號特點，對信號調理模塊進行系列化規劃。模擬信號調理模塊能夠實現對模擬信號的放大、衰減、驅動、濾波等；數字信號調理模塊實現對數字信號的隔離、驅動及F/V 變換等。這種系列化、模塊化的信號調理方案，具有設計錯誤易修正、成本低、可靠性高、整機的維修性好和可擴展性等優點。

四、面向信號的通用測試軟件設計

基于測試平臺，針對被測裝備研制的測試程序集TPS（Test Program Set），是向用戶提供自動化測試功能的實體，可以使機動指揮系統電子裝備的測試維修效率提高數倍甚至數十倍，是自動測試系統的重要組成部分。TPS軟件通用性是自動測試系統通用性的重要體現，關鍵技術包括面向信號的編程和TPS可移植性設計。endprint

1.面向信號的編程技術

機動電子裝備的接口類型非常復雜，如果針對每類設備的每種接口都開發相應的程序，程序的類型和數量將非常龐大。將每類設備按照接口信號類型歸類，按照國標/國軍標規定的方法對信號的測試方式進行分析，并參照設備廠家有效運行的測試維修方案，確定每種信號類型正確的測試方法，建立信號測試模型。針對每種信號的測試模型，采用面向信號的編程技術（如面向信號語言ATLAS），設計每類信號TPS，一類TPS程序即是一類信號的完整測試。

面向信號的測試流程描述語言，其代碼主要根據測試需求、測試策略進行編寫。在具體的測試設備中對測試流程描述語言源程序進行解釋（編譯）后，由測試流程描述語言定義的測試需求被映射成測試設備中的測試行為。測試流程描述語言不直接涉及儀器功能，有利于實現TPS的互操作性。

2.TPS可移植性設計

TPS可移植性設計是測試系統軟件具有良好的通用性重要特征，是自動測試領域的重要研究課題。機動測試系統可移植性要求TPS能夠適應不同的系統運行環境，在硬件方面要求適配器與測試平臺對接使用標準信號接口，測試程序能夠適應移植后測試平臺硬件的變化。TPS可移植和互操作技術是實現測試軟件可重用、擴展測試系統的應用范圍、提高開發效率和降低測試系統開發成本的關鍵。TPS可移植性設計主要依托以下技術措施：

（1）儀器配置無關性。TPS采用基于信號的體系結構，信號接口隔離測試程序和具體儀器，使用面向信號的語言（如ATLAS）或其他語言使用面向信號方法編寫TPS調用信號接口，使TPS 和儀器無關。

（2）適配器通用性。強化適配器通用性設計，使被測設備與測試平臺間建立一種通用的、標準的連接關系。

（3）軟件接口標準化。主控模塊對不同的模塊（儀器）設備進行準確的控制，使TPS獲得更大的硬件獨立性。

五、裝備通用測試系統實例

某電子裝備測試平臺設計，遵守了通用測試平臺的設計概念，采用PXI和GPIB 總線模塊、儀器構建通用測試平臺，如圖2所示。測試模塊、儀器選擇通用的貨架產品，包括18槽PXI機箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、數字IO模塊PXI-6509、數字多用表PXI-4070、動態信號分析儀PXI-4461、射頻信號發生器PXI-5671、射頻信號分析儀PXI-5660、矩陣開關PXI-2530、多功能串行測試模塊PXI-8430/4，GPIB總線示波器等，測試信號類型覆蓋關鍵被測設備信號類型，硬件平臺方便調整和擴展。

六、結束語

為提高保障機動指揮裝備的可用性和可靠性，研制機動電子裝備戰場搶修車的需求日益迫切，而自動測試系統是戰場搶修車的核心設備。通過對軍事需求、裝備現狀和技術發展趨勢進行綜合，我們認為，自動測試系統的研制中通用性設計是重點和難點。

本文針對機動電子裝備特點，從軟硬件兩方面入手，論述設計通用自動測試系統技術途徑。據此研制的戰場搶修車在測試能力、智能程度上取得明顯突破，擴充了有效測試電子裝備數量及種類，在經濟性和效益性方面大幅提升。

參考文獻：

[1]楊瑞青、馮茜等.軍用自動測試系統通用性技術研究與應用.國外電子測量技術.2009.28（1）

[2]李永明、王儉勤等.國外標準化通用航空電子自動測試設備現狀和發展.計算機測量與控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI總線的導彈通用計量檢定平臺設計[J].計算機測量與控制2006，14（1）endprint

1.面向信號的編程技術

機動電子裝備的接口類型非常復雜，如果針對每類設備的每種接口都開發相應的程序，程序的類型和數量將非常龐大。將每類設備按照接口信號類型歸類，按照國標/國軍標規定的方法對信號的測試方式進行分析，并參照設備廠家有效運行的測試維修方案，確定每種信號類型正確的測試方法，建立信號測試模型。針對每種信號的測試模型，采用面向信號的編程技術（如面向信號語言ATLAS），設計每類信號TPS，一類TPS程序即是一類信號的完整測試。

面向信號的測試流程描述語言，其代碼主要根據測試需求、測試策略進行編寫。在具體的測試設備中對測試流程描述語言源程序進行解釋（編譯）后，由測試流程描述語言定義的測試需求被映射成測試設備中的測試行為。測試流程描述語言不直接涉及儀器功能，有利于實現TPS的互操作性。

2.TPS可移植性設計

TPS可移植性設計是測試系統軟件具有良好的通用性重要特征，是自動測試領域的重要研究課題。機動測試系統可移植性要求TPS能夠適應不同的系統運行環境，在硬件方面要求適配器與測試平臺對接使用標準信號接口，測試程序能夠適應移植后測試平臺硬件的變化。TPS可移植和互操作技術是實現測試軟件可重用、擴展測試系統的應用范圍、提高開發效率和降低測試系統開發成本的關鍵。TPS可移植性設計主要依托以下技術措施：

（1）儀器配置無關性。TPS采用基于信號的體系結構，信號接口隔離測試程序和具體儀器，使用面向信號的語言（如ATLAS）或其他語言使用面向信號方法編寫TPS調用信號接口，使TPS 和儀器無關。

（2）適配器通用性。強化適配器通用性設計，使被測設備與測試平臺間建立一種通用的、標準的連接關系。

（3）軟件接口標準化。主控模塊對不同的模塊（儀器）設備進行準確的控制，使TPS獲得更大的硬件獨立性。

五、裝備通用測試系統實例

某電子裝備測試平臺設計，遵守了通用測試平臺的設計概念，采用PXI和GPIB 總線模塊、儀器構建通用測試平臺，如圖2所示。測試模塊、儀器選擇通用的貨架產品，包括18槽PXI機箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、數字IO模塊PXI-6509、數字多用表PXI-4070、動態信號分析儀PXI-4461、射頻信號發生器PXI-5671、射頻信號分析儀PXI-5660、矩陣開關PXI-2530、多功能串行測試模塊PXI-8430/4，GPIB總線示波器等，測試信號類型覆蓋關鍵被測設備信號類型，硬件平臺方便調整和擴展。

六、結束語

為提高保障機動指揮裝備的可用性和可靠性，研制機動電子裝備戰場搶修車的需求日益迫切，而自動測試系統是戰場搶修車的核心設備。通過對軍事需求、裝備現狀和技術發展趨勢進行綜合，我們認為，自動測試系統的研制中通用性設計是重點和難點。

本文針對機動電子裝備特點，從軟硬件兩方面入手，論述設計通用自動測試系統技術途徑。據此研制的戰場搶修車在測試能力、智能程度上取得明顯突破，擴充了有效測試電子裝備數量及種類，在經濟性和效益性方面大幅提升。

參考文獻：

[1]楊瑞青、馮茜等.軍用自動測試系統通用性技術研究與應用.國外電子測量技術.2009.28（1）

[2]李永明、王儉勤等.國外標準化通用航空電子自動測試設備現狀和發展.計算機測量與控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI總線的導彈通用計量檢定平臺設計[J].計算機測量與控制2006，14（1）endprint

1.面向信號的編程技術

機動電子裝備的接口類型非常復雜，如果針對每類設備的每種接口都開發相應的程序，程序的類型和數量將非常龐大。將每類設備按照接口信號類型歸類，按照國標/國軍標規定的方法對信號的測試方式進行分析，并參照設備廠家有效運行的測試維修方案，確定每種信號類型正確的測試方法，建立信號測試模型。針對每種信號的測試模型，采用面向信號的編程技術（如面向信號語言ATLAS），設計每類信號TPS，一類TPS程序即是一類信號的完整測試。

面向信號的測試流程描述語言，其代碼主要根據測試需求、測試策略進行編寫。在具體的測試設備中對測試流程描述語言源程序進行解釋（編譯）后，由測試流程描述語言定義的測試需求被映射成測試設備中的測試行為。測試流程描述語言不直接涉及儀器功能，有利于實現TPS的互操作性。

2.TPS可移植性設計

TPS可移植性設計是測試系統軟件具有良好的通用性重要特征，是自動測試領域的重要研究課題。機動測試系統可移植性要求TPS能夠適應不同的系統運行環境，在硬件方面要求適配器與測試平臺對接使用標準信號接口，測試程序能夠適應移植后測試平臺硬件的變化。TPS可移植和互操作技術是實現測試軟件可重用、擴展測試系統的應用范圍、提高開發效率和降低測試系統開發成本的關鍵。TPS可移植性設計主要依托以下技術措施：

（1）儀器配置無關性。TPS采用基于信號的體系結構，信號接口隔離測試程序和具體儀器，使用面向信號的語言（如ATLAS）或其他語言使用面向信號方法編寫TPS調用信號接口，使TPS 和儀器無關。

（2）適配器通用性。強化適配器通用性設計，使被測設備與測試平臺間建立一種通用的、標準的連接關系。

（3）軟件接口標準化。主控模塊對不同的模塊（儀器）設備進行準確的控制，使TPS獲得更大的硬件獨立性。

五、裝備通用測試系統實例

某電子裝備測試平臺設計，遵守了通用測試平臺的設計概念，采用PXI和GPIB 總線模塊、儀器構建通用測試平臺，如圖2所示。測試模塊、儀器選擇通用的貨架產品，包括18槽PXI機箱PXI-1045、零槽控制器PXI-8105、數字IO模塊PXI-6509、數字多用表PXI-4070、動態信號分析儀PXI-4461、射頻信號發生器PXI-5671、射頻信號分析儀PXI-5660、矩陣開關PXI-2530、多功能串行測試模塊PXI-8430/4，GPIB總線示波器等，測試信號類型覆蓋關鍵被測設備信號類型，硬件平臺方便調整和擴展。

六、結束語

為提高保障機動指揮裝備的可用性和可靠性，研制機動電子裝備戰場搶修車的需求日益迫切，而自動測試系統是戰場搶修車的核心設備。通過對軍事需求、裝備現狀和技術發展趨勢進行綜合，我們認為，自動測試系統的研制中通用性設計是重點和難點。

本文針對機動電子裝備特點，從軟硬件兩方面入手，論述設計通用自動測試系統技術途徑。據此研制的戰場搶修車在測試能力、智能程度上取得明顯突破，擴充了有效測試電子裝備數量及種類，在經濟性和效益性方面大幅提升。

參考文獻：

[1]楊瑞青、馮茜等.軍用自動測試系統通用性技術研究與應用.國外電子測量技術.2009.28（1）

[2]李永明、王儉勤等.國外標準化通用航空電子自動測試設備現狀和發展.計算機測量與控制.2004.12（1）

[3]管京周.基于PXI總線的導彈通用計量檢定平臺設計[J].計算機測量與控制2006，14（1）endprint